一種氣象電報(bào)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張正東

摘 要：隨著民航事業(yè)的飛速發(fā)展，機(jī)場(chǎng)對(duì)氣象信息依賴性越來越強(qiáng)，現(xiàn)有航空氣象電報(bào)處理軟件效率不高。文章簡(jiǎn)要論述了一種氣象電報(bào)輔助系統(tǒng)的方案構(gòu)想和初步設(shè)計(jì)，著重論述了涉及到的相關(guān)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：電報(bào)分析民航；輔助系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

在民航領(lǐng)域，管制、情報(bào)、氣象等各個(gè)部門對(duì)電報(bào)的使用非常頻繁。目前，由青島藍(lán)波公司開發(fā)的16路電報(bào)處理系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于民航飛行學(xué)院各個(gè)訓(xùn)練機(jī)場(chǎng)，提供基礎(chǔ)的電報(bào)處理功能。但在日常操作中，氣象預(yù)報(bào)員需要根據(jù)報(bào)文提示及時(shí)發(fā)出航路氣象報(bào)（ROFOR），在每一整點(diǎn)拍發(fā)例行天氣報(bào)（METAR）。同時(shí)，預(yù)報(bào)員還要兼顧日常的天氣預(yù)報(bào)工作，在復(fù)雜天氣情況下易出現(xiàn)錯(cuò)、漏、忘的情況。為解決這一現(xiàn)象，提高電報(bào)操作效率，本文提供一種電報(bào)輔助系統(tǒng)，可以根據(jù)報(bào)文的不同關(guān)鍵字，采用屏幕抖動(dòng)或語音提示等手段提示預(yù)報(bào)員及時(shí)發(fā)送相應(yīng)報(bào)文。

1 設(shè)計(jì)要求

1.1 可靠性

根據(jù)設(shè)備使用機(jī)場(chǎng)的實(shí)際情況，飛行訓(xùn)練全天開展，對(duì)本輔助系統(tǒng)的平均故障時(shí)間間隔要求很長(zhǎng)，因此需要具備非常高的可靠性。

1.2 時(shí)效性

該系統(tǒng)處理航空氣象報(bào)文，涉及機(jī)場(chǎng)天氣（METAR、TAF）和航路天氣報(bào)（ROFOR），和飛行訓(xùn)練的指揮工作密切相關(guān)，因此要求本輔助系統(tǒng)能夠在短時(shí)間內(nèi)及時(shí)處理收到的報(bào)文，如果未能及時(shí)處理會(huì)影響正常飛行計(jì)劃，甚至影響飛行安全。因此，本輔助系統(tǒng)需要具備即時(shí)處理能力。

1.3 開放性

本輔助系統(tǒng)為原有的藍(lán)波系統(tǒng)提供了一個(gè)開放的接口，后續(xù)可以根據(jù)該接口對(duì)報(bào)文進(jìn)行更多更有效的操作處理，進(jìn)一步減少人工操作，提高氣象報(bào)文處理效率和準(zhǔn)確率。

1.4 簡(jiǎn)易性

空管部門的專業(yè)氣象人員是本輔助系統(tǒng)的使用對(duì)象，該系統(tǒng)要求簡(jiǎn)單易用，這樣才方便用戶快速上手使用本系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)組成

按照上述需求，本輔助系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)功能模塊組成：

2.1 參數(shù)設(shè)置模塊

該模塊實(shí)現(xiàn)定時(shí)提醒、關(guān)鍵字、提醒方式等參數(shù)的修改控制。

2.2 電報(bào)數(shù)據(jù)讀取模塊

該模塊在不影響主系統(tǒng)的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)串口接收到的電報(bào)數(shù)據(jù)的讀取，并根據(jù)用戶設(shè)置提取關(guān)鍵字。

2.3 時(shí)間顯示模塊

本模塊實(shí)現(xiàn)在輔助系統(tǒng)界面上顯示日期及時(shí)間的功能。

2.4 觸發(fā)提醒模塊

該模塊按照用戶設(shè)定的方式，根據(jù)關(guān)鍵字、定時(shí)間隔實(shí)現(xiàn)提醒的功能。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 串口數(shù)據(jù)捕捉

報(bào)文實(shí)時(shí)提取是實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的關(guān)鍵功能，現(xiàn)有電報(bào)系統(tǒng)中報(bào)文數(shù)據(jù)通過Modem解調(diào)后經(jīng)DB9串口到終端電腦。常規(guī)編程中，串口一旦被占用，其他設(shè)備就無法再使用這個(gè)串口，串口硬件資源無法共享。要實(shí)現(xiàn)串口復(fù)用，常用的有兩種方法。一是通過硬件焊接實(shí)現(xiàn)復(fù)用。此方法主要修改電報(bào)Modem到終端電腦的數(shù)據(jù)線，將Modem輸出端公頭焊接引出另一根數(shù)據(jù)線接至電腦終端的另一個(gè)串口，當(dāng)收到電報(bào)時(shí)，兩個(gè)串口同步接收，輔助系統(tǒng)和主系統(tǒng)各占一個(gè)串口，不形成沖突。二是利用虛擬串口軟件模擬復(fù)制出另一個(gè)串口，輔助系統(tǒng)調(diào)用虛擬串口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)。但方法一采用人工焊接，容易出現(xiàn)虛焊，有可能危害電報(bào)主系統(tǒng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，同時(shí)目前電腦主板只預(yù)留一個(gè)串口，如增加串口需要增加轉(zhuǎn)接板。方法二在實(shí)際使用中，常用的虛擬串口軟件并不能直接將某一實(shí)際串口接收到的數(shù)據(jù)同步復(fù)制到虛擬串口。在本輔助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中，我們利用VxD（Virtual Device Driver，虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)）技術(shù)實(shí)現(xiàn)了這一功能。

VxD是微軟視窗操作系統(tǒng)里對(duì)各種硬件資源識(shí)別、管理、維護(hù)運(yùn)作的擴(kuò)展API接口，在Windows95版本中第一次提出。VxD和VMM（虛擬機(jī)管理器）一起工作，不可單獨(dú)調(diào)用。隨著版本迭代，Windows XP版本中使用了WDM（Win32 Driver Model）整合了VxD和VMM，成為微軟全新的驅(qū)動(dòng)程序模式。本輔助系統(tǒng)運(yùn)行在WIN XP系統(tǒng)下，故采用WDM模式實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)復(fù)用。

3.2 報(bào)文關(guān)鍵字提取

中國(guó)民航航空固定格式電報(bào)網(wǎng)AFTN（Aeronautical Fixed Telecommunication Network 航空固定電信網(wǎng)）目前擔(dān)負(fù)著國(guó)內(nèi)與國(guó)際航線的空中交通管制，飛行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，航行航路氣象以及相關(guān)業(yè)務(wù)部門工作處理等的信息交換業(yè)務(wù)，是民用航空飛行安全、準(zhǔn)點(diǎn)、高效和經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的有力保障。根據(jù)最新發(fā)布的文件《民用航空飛行動(dòng)態(tài)固定電報(bào)格式》（MH/T 4007-2006），局方規(guī)范了AFTN報(bào)文格式的組成構(gòu)架、關(guān)鍵字類型等相關(guān)內(nèi)容，是AFTN報(bào)文拍發(fā)、解析的唯一標(biāo)準(zhǔn)。其中，電報(bào)種類用三個(gè)字母代號(hào)表示，具體代號(hào)說明如下圖：

PLN 飛行預(yù)報(bào) COR 修訂飛行預(yù)報(bào)

ABS 取消重復(fù)與非重復(fù)性飛行預(yù)報(bào) FPL 領(lǐng)航計(jì)劃報(bào)

CHG 修訂計(jì)劃報(bào) CNL 取消領(lǐng)航計(jì)劃報(bào)

DEP 起飛報(bào) ARR 落地報(bào)

DAL 延誤報(bào) RTN 返航報(bào)

ALN 備降報(bào) CPL 飛行變更報(bào)

EST 預(yù)計(jì)飛躍報(bào) CDN 管制協(xié)調(diào)報(bào)

ACP 管制協(xié)調(diào)接收?qǐng)?bào) LAM 邏輯確認(rèn)報(bào)

RQP 請(qǐng)求飛行計(jì)劃報(bào) RQS 請(qǐng)求領(lǐng)航計(jì)劃補(bǔ)充信息報(bào)

SPL 領(lǐng)航計(jì)劃補(bǔ)充信息報(bào) ALR 告警報(bào)

RCF 無線電通信失效報(bào)

圖1 電報(bào)種類

本輔助系統(tǒng)通過藍(lán)波電報(bào)網(wǎng)接入AFTN，根據(jù)不同來報(bào)類型對(duì)應(yīng)提醒預(yù)報(bào)員發(fā)送相應(yīng)報(bào)文，因此報(bào)文類型識(shí)別是系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)。按照規(guī)范文件的要求，AFTN標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文由報(bào)頭、報(bào)體組成。報(bào)頭包含發(fā)報(bào)部門、發(fā)報(bào)時(shí)間、接收部門、接收時(shí)間等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)項(xiàng)，報(bào)體包含由固定格式組成的信息內(nèi)容。據(jù)此，報(bào)文類型識(shí)別工作的主要任務(wù)就是：提取報(bào)文類型的關(guān)鍵字。

通常采用兩種數(shù)據(jù)提取方法。一是“定位分析法”，根據(jù)報(bào)文類型關(guān)鍵字在報(bào)文中特定位置這一特征來提取數(shù)據(jù)項(xiàng)?！岸ㄎ环治龇ā毙枰韵聝蓚€(gè)條件來提取數(shù)據(jù)項(xiàng)：數(shù)據(jù)項(xiàng)的起始位置和數(shù)據(jù)項(xiàng)的長(zhǎng)度?！岸ㄎ环治龇ā贝a思路簡(jiǎn)單明確，代碼易于閱讀編譯，執(zhí)行效率高。二是“正則分析法”，正則表達(dá)式是數(shù)學(xué)上的一種公式，通常是指一種格式或方程式去匹配一類字符串。按照局方AFTN報(bào)文規(guī)范，不同的數(shù)據(jù)項(xiàng)必須有區(qū)別于其他數(shù)據(jù)項(xiàng)的特征，我們通過觀察、數(shù)學(xué)分析，最終提取出各數(shù)據(jù)項(xiàng)的特征值或特征方程，通過正則表達(dá)式表現(xiàn)出來，然后在報(bào)文解析時(shí)調(diào)用此正則表達(dá)式尋找相應(yīng)數(shù)據(jù)項(xiàng)，提取報(bào)文關(guān)鍵字。

報(bào)文在拍發(fā)、傳輸以及接收整個(gè)過程中受到的偶然因素影響較大，常常導(dǎo)致報(bào)文各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的前后順序、字符長(zhǎng)度發(fā)生交叉、錯(cuò)誤，此時(shí)采用“定位分析法”提取關(guān)鍵字難度較大，甚至容易出現(xiàn)錯(cuò)誤?！罢齽t分析法”完全根據(jù)數(shù)據(jù)項(xiàng)的特征來提取數(shù)據(jù)項(xiàng)，故而即便數(shù)據(jù)項(xiàng)由于某種原因在原報(bào)文中出現(xiàn)不規(guī)則順序，利用“正則分析法”也能夠準(zhǔn)確地將之提取出來，但是，準(zhǔn)確分析出數(shù)據(jù)項(xiàng)的表達(dá)式比較困難，這一點(diǎn)是“正則分析法”的缺點(diǎn)。

“定位分析法”和“正則分析法”都能對(duì)AFTN報(bào)文進(jìn)行有效解析，“定位分析法”執(zhí)行效率較高，但網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境要求嚴(yán)格；“正則分析法”可用于相對(duì)較差的網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境，但執(zhí)行效率比較低。由于項(xiàng)目所在機(jī)場(chǎng)氣象臺(tái)原有電報(bào)線路采用固定電話銅芯線傳輸數(shù)據(jù)，部分線路老化，環(huán)境差，故本系統(tǒng)采用“正則分析法”提取報(bào)文類型關(guān)鍵字。

4 可靠性分析

4.1 系統(tǒng)可靠性分析

（1）系統(tǒng)穩(wěn)定性。電報(bào)的收發(fā)讀取工作是本輔助系統(tǒng)正常工作的先決條件，它決定了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。在設(shè)計(jì)方案中，此功能通過調(diào)用系統(tǒng)底層服務(wù)來實(shí)現(xiàn)，保證了電報(bào)讀取的可靠性，將系統(tǒng)的不穩(wěn)定性降到最低。

（2）信號(hào)穩(wěn)定性。根據(jù)所在機(jī)場(chǎng)實(shí)際情況，轉(zhuǎn)報(bào)系統(tǒng)是基于固定電話網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架建設(shè)的，電話信號(hào)的穩(wěn)定性直接影響著系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果信號(hào)中斷或者斷續(xù)，影響到收發(fā)服務(wù)的正常工作，也會(huì)影響本輔助系統(tǒng)的使用。

（3）終端穩(wěn)定性。終端包括處理終端電腦和調(diào)制解調(diào)器

（Modem），終端對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響相對(duì)較小，不會(huì)影響報(bào)文的接收和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，但是會(huì)影響到用戶收發(fā)報(bào)文。

4.2 提升可靠性的措施

（1）操作系統(tǒng)定時(shí)重啟，根據(jù)微軟公司的建議，這一點(diǎn)可有效減少系統(tǒng)假死的概率，若采用服務(wù)器版的操作系統(tǒng)，可靠性會(huì)更高。根據(jù)運(yùn)行機(jī)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)間的要求，在程序中編寫一個(gè)自動(dòng)重啟的模塊，設(shè)定在每日凌晨5點(diǎn)鐘時(shí)執(zhí)行重啟操作。

（2）開發(fā)遙控程序，升級(jí)本系統(tǒng)，增加遠(yuǎn)程提醒功能。本輔助系統(tǒng)本身可以不斷檢測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，可以設(shè)置為出現(xiàn)特殊情況時(shí)發(fā)送遠(yuǎn)程提醒，值班人員可以通過根據(jù)提醒內(nèi)容及時(shí)采取處理措施。

（3）相關(guān)設(shè)備備份，例如Modem，相關(guān)線路也要備份，做到一主一備。

（4）配置不間斷電源（UPS）保障供電穩(wěn)定。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)、及時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)航空氣象報(bào)文關(guān)鍵字的抓取，并根據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)鍵字提示用戶進(jìn)行相應(yīng)操作，對(duì)目前的電報(bào)操作程序進(jìn)行了簡(jiǎn)化，解決了原先軟件中存在的一些缺陷，提高了工作效率，給用戶工作帶來了方便。另外，本系統(tǒng)采用模塊化編程設(shè)計(jì)，在以后的實(shí)際運(yùn)行中，會(huì)隨著用戶的要求不斷的完善增加，滿足用戶的不同需求。相信隨著本系統(tǒng)的投入使用，預(yù)報(bào)人員的工作效率會(huì)進(jìn)一步提升，成為適合相關(guān)單位使用的電報(bào)輔助提示系統(tǒng)。

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